基于改进等维信息灰色模型的高铁隧道沉降预测研究

等维信息灰色模型是对传统灰色模型的改进,但其模型背景值仍设定为0.5,为了使模型的预测性能得到提高,本文提出了基于粒子群PSO算法的等维信息灰色模型来优化模型的背景值,以消除灰色模型本身固有的偏差。根据已有的高铁隧道沉降监测数据,对其进行小波去噪处理,再分别建立传统GM(1,1)模型、等维信息GM(1,1)模型和PSO-等维信息GM(1,1)模型进行拟合预测,并与原始数据进行对比。预测结果表明,改进后的等维信息GM(1,1)模型的预测精度更高。     

孔隙性砂岩中单条变形带与簇状变形带的特征与区别——以远安地堑上白垩统红花套组中变形带为例

孔隙性砂岩中的变形带研究近年来取得长足进展,但有关单条变形带与簇状变形带如何区分和界定仍是一个较模糊的问题。本文以远安地堑上白垩统红花套组高孔砂岩中发育的剪切增强压实带和压实剪切带为例,对单条及簇状变形带的特征和区别做出系统分析。研究表明,虽然单条变形带的长度、宽度、错断位移、凸起高度等均明显小于簇状变形带,但是不同运动学成因的变形带宏观特征、微观结构不同,因此不能单纯以规模大小区分二者,需要结合带密度将簇状变形带与变形带列、网格构造等相区分,还需要结合其微观结构特征进行准确鉴定。单条及簇状剪切增强压实带特征类似,均不具核心碎裂带,颗粒主要为中等破碎,多表现为多个不连续分布的碎裂核。簇状剪切增强压实带内部的非均质性更强。单条压实剪切带具有核心碎裂带,依剪切力大小不同,其核心碎裂带内颗粒粉碎程度及边缘过渡带宽度不同,常伴随微小剪切缝痕迹。簇状压实剪切带在镜下可清晰识别出不同的核心碎裂带、带间区域及微小剪切缝,可见S—C组构和断续分布的滑动面。单条及簇状变形带的发育会不同程度地改变储层的物性并可能会对油气运移和开采产生影响。     

胶东地区控矿剪切带脆性变形时代的Ar-Ar年代学及其对成矿的制约

胶东地区是典型的剪切带型金矿集中区,精确厘定该地区控矿剪切带的活动时代,可为探讨剪切带与金矿成因关系提供关键的时限约束,并且对矿床成矿模式的建立具有至关重要的意义。大量矿床地质证据显示胶东地区控矿剪切带中脆性变形活动对金矿体的形成具有直接影响,但其脆性变形时代尚不十分清楚。据此,本文在详细研究金矿体赋存特征的基础上,系统选取胶东焦家、玲珑、邓格庄、乳山这四个金矿区控矿剪切带断层泥中白云母进行⁴⁰Ar-³⁹Ar年代学研究。定年结果显示,胶东地区焦家剪切带、招平剪切带以及牟乳剪切带的脆性变形时代分别为110.3±1.5Ma、122.8±1.7Ma、119.6±1.2Ma~115.8±1.4Ma。其中焦家剪切带的脆性变形时代明显晚于招平和牟乳剪切带,可能代表了焦家蚀变岩型矿化形成后易遭受后期的构造叠加。综合胶东各金矿区控矿剪切带变形时代、岩体侵位时代、成矿时代及剪切带活动特征和矿体产出特征,本文认为在多期岩体侵位以及控矿剪切带递进变形过程中,剪切带韧性变形区中由高压流体作用产生的同期脆性破裂可形成脉型矿化,如乳山金矿;而在脆-韧性和脆性变形区中发生的大规模脆性变形可导致脉型和蚀变岩型矿化的形成,如玲珑、邓格庄和焦家金矿。但随着剪切带的递进变形和隆升剥蚀,后期多期次的脆性构造变形叠加,可导致多种矿化类型出现在同一构造部位,如焦家金矿中石英脉型和蚀变岩型矿化。     

使用长短期记忆人工神经网络进行花岗岩变形破坏阶段的判别

判别岩石所处的变形破坏阶段是分析岩石变化过程的重要基础。由于室内试验视频数据具有很好的等时距分布特征,可以使用基于长短期记忆的神经网络（LSTM-NN）模型判别外荷作用下岩石的变形破坏阶段。本文根据花岗岩室内单轴压缩试验所得应力-应变曲线和试验视频图像中裂隙的分布情况,将岩石变形破坏过程分成岩石压密阶段、弹性变形阶段、裂隙扩展阶段、整体破坏阶段,在提取不同阶段不同组分主要数字特征参数（面积）基础上,建立了基于LSTM-NN模型的岩石变形破坏阶段分类网络,分析了模型主要参数（学习率和最大周期等）对分类准确性的影响,使用所建模型对岩石所处变形破坏阶段进行了判别。结果表明,在LSTM-NN模型参数中,学习率和最大周期对变形破坏阶段判别准确率的影响较大,二者分别为0.005和200时的判别准确率达到最高;对于整个变形破坏阶段来说,LSTM-NN模型对裂隙扩展阶段预测的判别效果最好、对整体破坏阶段预测的判别效果最差;对于花岗岩中不同组分来说,LSTM-NN模型对变形破坏阶段预测准确性高低的顺序是裂隙、黑云母、长石、石英。     

基于地面三维激光扫描的三峡库区危岩体监测

三峡水库周期性蓄水改变了岸坡内的地下水渗流场和应力场,降低岩土体的剪切强度,对库岸边坡、岩体稳定性影响很大。以往库区岸坡岩体形变监测主要通过设置固定点进行观测,难以发现岩体整体变化情况。地面三维激光扫描方法能获取岩体整体表面厘米精度的点云数据,具有无需接触目标、获取速度快、精度高等特点,非常适合库区高陡危岩体表面三维形变监测。以巫山箭穿洞危岩体为例,采用地面三维激光扫描方法对箭穿洞危岩体进行了为期2年（2017—2018年）共3期监测,以第一期观测目标周围稳定岩体数据为基准,对数据进行重叠点云迭代配准,点云配准精度优于±2.7 cm。针对箭穿洞危岩体在观测时段内的变化情况,构建危岩体区域的基准不规则三角网模型,以点到基准面最近距离法结合危岩体变化区间分析其变形。通过对比分析箭穿洞危岩体3期观测数据,发现相对于2017年,2018年箭穿洞危岩体左侧岩体有变形趋势;在库区蓄水阶段,危岩体局部多处存在明显凹陷变化,局部因蓄水影响发生约?0.03～?0.07 m变形。结果证明三维激光扫描技术在库岸高陡边坡形变监测中的有效性,为三峡库区高陡危岩体形变监测及地质灾害防治工作提供了参考。     

西藏贡觉粉砂质泥岩工程地质特性与蠕变强度研究

川藏铁路在穿越西藏贡觉地区时遇到三叠系粉砂质泥岩,在高地应力条件下容易发生大变形等危害。文章开展了不同围压下的岩石三轴压缩和和三轴蠕变试验,结合PFC数值模拟,研究了粉砂质泥岩在不同围压下的蠕变特性和长期强度研究,结果表明:贡觉粉砂质泥岩流变具有西原蠕变模型特征,蠕变与常规三轴试验条件下,随着围压不断增大,粉砂质泥岩试样均由拉-剪破坏向单剪破坏过渡,剪切破裂面与水平线的夹角逐渐减小,微裂纹数量减少;蠕变试验相较于常规三轴试验,由拉应力引起的压碎带影响范围更广;在高围压条件下,粉砂质泥岩更容易发生流变,随着围压的增大,轴向应变、侧向应变和体积应变均增大,微裂纹数量呈下降趋势;瞬时弹性模量及黏弹性系数与围压呈线性递增关系,黏弹性模量与围压呈对数型增长关系,黏塑性系数与围压呈指数型增长关系。在荷载长期作用下,岩石长期强度低于瞬时强度。     

节理分布空间变异的地下洞室稳定性概率分析

以岩土材料力学参数空间变异性的"点估计-有限元"分析方法为基础,结合节理分析时自身存在几何模型、网格划分等特性,扩展了该方法在节理分布空间变异性分析方面的适用性,明确了具体的研究步骤与方法。以某抽水蓄能水电站为例,通过分析节理空间变异性对围岩变形与塑性区的影响,验证了扩展后该方法的准确性和合理性。对工程案例开挖揭露的1400余条节理进行概率统计,建立了节理空间变异性的有限元分析模型;采用扩展后的概率分析方法,研究了节理分布对地下洞室群围岩开挖稳定性的影响。研究结果表明:(1)对比概率分析得到的围岩变形概率分布与现场监测结果,发现剔除变形异常点后监测变形量值大部分位于得到的位移概率分布范围内,说明节理的空间变异性是导致监测变形波动的主要影响因素;(2)围岩变形概率分布的标准差能有效识别出围岩开挖变形受节理空间变异性的影响程度,对于所给出的案例依次为:机窝>边墙>顶拱;(3)围岩塑性区的概率分区能合理判断地下洞室群开挖时受节理影响较大的区域和范围,为工程施工的支护设计提供依据。     

塔北隆起X型走滑断裂成因机制的新解释

塔里木盆地塔北隆起发育两组呈小角度相交(40°)的透入性X型走滑断裂,分别沿着NNE走向和NNW延伸。在对塔北哈拉哈塘地区三维地震资料解释的基础上,对走滑断层的几何展布特征以及断层的剖面变形特征进行研究;同时重点解析了RP6断裂和HA13断裂,分析比较NNW向与NNE向断层的变形及发育特征差异;结合盆地重磁资料以及周缘造山带的活动特征,对塔北隆起小角度的X型走滑断层的发育机制以及演化进行了分析。研究表明,塔北隆起走滑断层在垂向上具有明显的分层变形特征,分为三个构造层:震旦系-中寒武统下构造层(TH₃界面以下)、上寒武统-中奥陶统中构造层(TH₃-TO₃t界面)和上奥陶统-石炭系上构造层(TO₃t-TP界面)。断层在下构造层和中构造层中整体处于压扭环境,多发育正花状构造;上构造层中断层主要发育负花状构造或正断层,整体处于张扭环境。两组断裂比较,NNW向断裂活动性强,在各构造层中均有显著的断裂特征发育,垂向连通性强,发育先存基底断裂,而NE向断层主要发育在中构造层,在下构造层和上构造层中断层发育不明显。活动性分析表明,断层的形成与演化具有多期性,走滑断层的形成经历了三期主要活动:中寒武世末、中晚奥陶世和志留纪-石炭纪。塔北隆起X型走滑断裂的形成受到了NNW向基底断裂和薄弱带的控制,NNW向先存基底断裂带或薄弱带优先发育走滑断裂,基底断裂与主挤压应力方向的夹角小于45°-Φ/2,NNE断层的发育受NNW向先存断裂限制,最终形成小角度相交的X型断裂。     

预应力加筋垫层差异沉降控制性能试验研究

差异沉降是造成路面破坏、影响行车速度和引发交通事故的主要因素之一,加筋土技术作为经济性良好的治理措施被广泛应用。为研究预应力加筋土垫层在差异沉降下的变形规律和沉降控制性能,设计了加筋土垫层和预应力加筋土垫层差异沉降对比模型试验。通过对比试验揭示了预应力加筋土垫层对差异沉降控制的有益效果。试验发现:①预应力加筋垫层可以有效地降低差异沉降。②预应力加筋垫层有利于调节软硬路基交界面附近的“断崖式”差异沉降。③预应力加筋垫层对能量的耗散和传递能力更好。④附加应力从垫层传递到路基顶部时发生应力叠加,在该处呈现增大突变趋势。本文研究成果可为预应力加筋土结构在差异沉降频发路段的工程应用和控制性能研究提供借鉴和依据。     

钙质砂颗粒破碎对临界状态影响的试验研究

钙质砂的颗粒易碎性是造成其变形和强度特性不同于石英砂的重要性质。本文基于临界状态理论,通过一系列试验定量地描述钙质砂临界状态线随颗粒破碎的演化规律。本文试验分两个阶段进行:第1阶段研究了60~2000 kPa围压条件下钙质砂的力学特性和颗粒破碎特征;第2阶段以不同破碎率的试样为母本重塑制样,在100~300 kPa围压条件下,剪切至破碎临界状态线。试验结果表明:在较小围压(<300 kPa)条件下,松砂和密砂均表现出明显的剪胀和应变软化特性;而高围压(>1 MPa)条件下,显著的颗粒破碎会造成试样的持续剪缩;颗粒破碎存在明显围压阈值,对于松砂而言,在围压小于300 kPa条件下,颗粒基本不发生破碎;在e-lg p'平面内,破碎临界状态线的截距Δe_Γ和斜率λ_c均会随着修正相对破碎率B_r*的增大而减小,即颗粒破碎会使临界状态线发生下移和逆时针转动;而在q-p'平面内,钙质砂的临界状态点落在同一条直线上,即存在唯一的临界状态应力比M_cr和临界摩擦角φ_cr。